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1、张 磊,学什么?教什么?做什么?,本章主要内容 一、计算机的发展及应用 二、 计算机系统组成 三、 计算机工作原理 四、 计算机内的信息表示方法 五、计算机中的信息安全,计算机基本知识及组装,任务一,知识目标,了解计算机的发展、分类及应用 掌握计算机系统的组成 了解计算机的工作原理 了解计算机中信息的表示方法 了解计算机信息安全知识,能力目标,能够利用学习的知识，判断生活中的计算机所 属的类别及应用领域能够分析计算机的工作过程能够根据计算机使用过程中的一些状况，判断 计算机是否感染了病毒利用本任务的相关知识，能够完成计算机的组装,任务引入,通过本任务相关知识的学习，在了解微型计算机系统中具体硬
2、件构成及它们性能的基础上，按照一定的步骤完成微型计算机的组装，如图1-1所示。,图1-1 微型计算机系统硬件组成,一、计算机的发展及应用,（一）第一台电子计算机的诞生 1946年，世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学由莫克利（John Mauchly）教授和他的学生埃克特（J.P.Eckert）博士研制成功，取名ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator，读作“埃尼阿克”）。这台计算机有两间房子那么大，占地170平方米，重达30吨，耗电150千瓦，使用了1800多个电子管和1500多个继电器，价格40多万美元，是一个昂贵耗电的
3、“庞然大物”，如图1-2。,图1-2 第一台计算机ENIAC,（二）计算机的发展历程 从第一台计算机诞生到现在短短的六十多年中，计算机技术以前所未有的速度迅猛发展，根据计算机所采用的物理器件的不同而把计算机的发展划分为四个阶段： 第一阶段（19461958年）的计算机使用的基本物理器件是电子管，因此第一阶段的计算机统称为电子管计算机。它的内存储器采用汞延迟线，内存容量仅几千个字，外存储器主要采用磁鼓、纸带、穿孔卡片等。由于当时电子技术的限制，处理速度达到每秒五千条几万条指令。因此，第一代计算机具有体积大、耗电多、速度慢、价格高、使用困难等特点，主要用于军事和科研部门进行科学计算。,第二阶段（1
4、9581964年）的计算机使用的基本物理器件是晶体管，因此第二阶段的计算机统称为晶体管计算机。晶体管计算机的内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器，大大提高了内存容量，外存储器主要采用磁鼓、磁带等。处理速度提高到每秒几万条几十万条指令。与第一阶段电子管计算机相比，第二阶段的计算机具有体积小、耗电少、成本低、逻辑功能强、使用方便、可靠性高等特点。,第三阶段（19641971年）的计算机使用的基本物理器件是中、小规模集成电路。它的内存储器开始采用性能更好的半导体存储器，外存储器也开始使用磁盘，大大提高了存储容量，处理速度高达每秒几百万条指令。由于采用了集成电路，第三阶段的计算机在各方面性能都有了
5、很大的提高，主要体现在：体积缩小、价格降低、功能增强、可靠性大大提高。,第四阶段（1971年至今）的计算机采用大规模、超大规模的集成电路。在本阶段中，集成度高的半导体内存储器代替了磁芯存储器，外存储器也使用容量更大，速度更快的磁盘和光盘代替，运算速度可达每秒几百万条，甚至几十亿条、几万条指令。,（三）计算机的特点 计算机是一种能自动、精确、快速地对各种信息进行存储、处理和传输的电子设备，具有如下特点： 1运算速度快 现在高性能计算机每秒能进行几百亿次以上的加减法运算。如果一个人在一秒钟内能作一次运算，那么一般的电子计算机一小时的工作量，一个人得做100多年。很多场合下，运算速度起决定作用。 2
6、计算精度高 电子计算机的计算精度在理论上不受限制，一般的计算机均能达到15位有效数字，通过一定的技术手段，可以实现任何精度要求。,3强大的记忆能力 计算机中有许多存储单元，用以记忆信息。内部记忆能力，是电子计算机和其他计算工具的一个重要区别。计算机存储器的容量可以做得很大，而且它记忆力特别强。 4复杂的逻辑判断能力 计算机借助于逻辑运算，可以进行逻辑判断，并根据判断的结果自动地确定下一步的操作，从而使计算机能解决各种不同的问题。 5按程序自动执行的能力 计算机是个自动化电子装置，在工作过程中不需要人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序。,（四）计算机应用 1科学计算 科学计算，亦称数值运算，
7、是指用计算机完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题。 2数据处理 数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称，是目前计算机应用最广泛的领域。 3实时控制 实时控制，亦称过程控制，是指计算机及时采集检测数据，按最佳迅速对控制对象进行自动控制或自动调节。,4计算机辅助系统 （1）计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）。 （2）计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称CAM）。 （3）计算机辅助教育（Computer Aided Education，简称CAE）。 （4）计算机辅
8、助测试（Computer Aided Testing，简称CAT）。 5人工智能 人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。 6办公自动化 办公自动化（Office Automation，简称OA）是一门综合性的技术，其目的在于建立一个以先进的计算机和通信技术为基础的高效人-机信息处理系统，使办公人员充分利用各种形式的信息资源，全面提高管理、决策和事务处理的效率。,（五）计算机的分类 1按使用用途分 按计算机的使用用途可分为通用计算机（General Purpose Computer）和专用
9、计算机（Special Purpose Computer）。 2按计算机信息的表示形式和对信息的处理方式分 按计算机信息的表示形式和对信息的处理方式不同可以分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。 3按计算机性能和规模分 计算机按其运算速度快慢、存储数据量的大小、功能的强弱，以及软硬件的配套规模等不同又分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、工作站与服务器等。 目前国际上沿用的计算机分类方法是根据美国电气和电子工程师协会（IEEE）的一个委员会于1989年11月提出的标准来划分的，它将计算机划分为巨型机、小巨型机、主机、小型机、工作站和个人计算机6类。,（六）计算机发展的新技术 1嵌入式技术 嵌
10、入式技术是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术。 2网格计算 网格计算是利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式称为网格计算。 3中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件。20世纪90年代初，出现了一种新的思想：在客户端和服务器之间增加了一组服务，这种服务（应用服务器）就是中间件。,（七）未来计算机的发展趋势 1巨型化 2微型化 3网络化 4智能化 5多媒体化,一、计算机系统的组成,一个完整的计算机系统由硬件系统和软件
11、系统两大部分所组成。硬件是计算机系统中的物理装置的总称。计算机软件是指在计算机硬件上运行的各种程序、数据和一些相关的文档、资料等。 硬件是软件发挥功能的平台，而软件则是管理和利用硬件资源来实现计算机的功能，是计算机的灵魂。软件和硬件是相互促进和相互发展的，只有硬件和软件相结合才能发挥计算机的作用。 计算机系统的组成如图1-4所示。,计算机系统组成,图1-4 计算机系统组成图,（一）计算机的硬件系统 一台计算机的硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件组成，各部件之间通过总线实现连接，并于外部其他设备实现数据传送。 1运算器 运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件，其主
12、要作用是完成各种算术、逻辑运算及逻辑判断工作，对信息进行加工处理。运算器由算术逻辑单元（Arithmetic Logical Unit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成。,2控制器 控制器是整个计算机的指挥中心。它负责从内存储器中取出指令并对指令进行分析、判断，并根据指令发出控制信号，使计算机的有关设备有条不紊地协调工作，保证计算机能自动、连续的工作。 运算器与控制器被集成到一块芯片上，称为中央处理器或微处理器，简称为CPU（Central Processing Unit）。CPU负责解释计算机指令，执行各种控制操作与运算，是计算机的核心部件。从某种意义上说，CPU的性能决定了计
13、算机的性能。,3存储器 存储器（Memory）是用来存储程序和数据的记忆部件，是计算机中各种信息的存储和交流中心。通常把控制器、运算器和内存储器称做主机。 存储器的主要功能是保存信息。存储器分为内部存储器和外部存储器两大类。 （1）内部存储器。内部存储器也称内存，由大规模集成电路存储器芯片组成，用来存储计算机运行中的各种数据。内存分为RAM、ROM及Cache。,RAM。RAM为Random Access Memory的缩写，中文名为“随机读写存储器”，既可从其中读取信息，也可向其中写入信息。在开机之前RAM中没有信息，开机后操作系统对其使用进行管理，向RAM中写入数据或从中读取数据，关机后其
14、中存储的信息都会消失。 ROM。ROM为Read Only Memory的缩写，中文名为“只读存储器”，即只能从其中读取信息，不可向其中写入信息。在开机之前ROM中已经存有信息，关机后其中的信息不会消失，ROM中的信息一成不变。 Cache。Cache中文名叫做“高速缓冲存储器”，在不同速度的设备之间交换信息时起缓冲作用。相比RAM和ROM，其读取速度最快。,内存中可存储信息的多少称为存储器的容量。计算机中最小的信息单位是“位”（bite，记作b），一位只能存储一个二进制“1”或“0”。基本单位为“字节”（Byte，记作B），一个字节由8个二进制位组成，是存放一个英文字符的空间。比字节更大的单
15、位是“千字节”（Kilobyte，记作KB），比“千字节”更大的单位是“兆字节”（Megabyte，记作MB），比“兆字节”更大的单位是“千兆字节”（Gigabyte，记作GB）。它们之间的换算关系如下： 1B=8 bit 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 内存储器和CPU通过总线相连，其特点是存取速度快，但价格较贵，存储的信息量较小。,硬盘存储器。硬盘驱动器简称硬盘，由于采用了温彻斯特技术，因此又称为温盘驱动器或温盘，它是计算机配置的大容量外部存储器。硬盘采用全密封结构如图1-5，一般是在铝合金圆盘上涂上磁性物质构成，如图1-6，它的尺寸主要为9cm（3.5英寸。,图1-5 硬盘,图1-6 硬盘盘片,
